ธาตุที่ 56: แบเรียม

1、บทนำเกี่ยวกับธาตุแบเรียม,
ธาตุโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ ซึ่งมีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Ba อยู่ในกลุ่ม IIA ของคาบที่ 6 ของตารางธาตุ โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธชนิดนี้มีสีขาวเงินมันวาวและเป็นธาตุที่มีฤทธิ์มากที่สุดในโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ ชื่อของธาตุนี้มาจากคำภาษากรีกว่า เบต้าอัลฟา ρύς (แบรีส) ซึ่งแปลว่า “หนัก”

2、การค้นพบประวัติศาสตร์โดยย่อ
ซัลไฟด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธแสดงการเรืองแสง ซึ่งหมายความว่ามันจะยังคงเปล่งแสงเป็นระยะเวลาหนึ่งในที่มืดหลังจากได้รับแสง สารประกอบแบเรียมเริ่มดึงดูดความสนใจของผู้คนเนื่องจากลักษณะเฉพาะนี้ ในปี 1602 ช่างทำรองเท้าชื่อ Casio Lauro ในเมืองโบโลญญา ประเทศอิตาลี ได้คั่วแบริต์ที่มีแบเรียมซัลเฟตรวมกับสารไวไฟ และค้นพบว่ามันสามารถเปล่งแสงในที่มืดได้ ซึ่งกระตุ้นความสนใจของนักวิชาการในสมัยนั้น ต่อมาหินประเภทนี้เรียกว่าโพโลไนต์ และทำให้บรรดาเคมีชาวยุโรปสนใจในการวิจัยเชิงวิเคราะห์ ในปี 1774 นักเคมีชาวสวีเดน CW Scheele ได้ค้นพบว่าแบเรียมออกไซด์เป็นดินใหม่ที่ค่อนข้างหนัก ซึ่งเขาเรียกว่า "Baryta" (ดินหนัก) ในปี 1774 Scheler เชื่อว่าหินชนิดนี้เป็นส่วนผสมของดินใหม่ (ออกไซด์) และกรดซัลฟิวริก ในปี พ.ศ. 2319 เขาได้ให้ความร้อนกับไนเตรตในดินใหม่นี้เพื่อให้ได้ดินบริสุทธิ์ (ออกไซด์) ในปี พ.ศ. 2351 นักเคมีชาวอังกฤษ H. Davy ได้ใช้ปรอทเป็นแคโทดและแพลตตินัมเป็นแอโนดเพื่ออิเล็กโทรไลซิสแบริต์ (BaSO4) เพื่อผลิตแบริอุมอะมัลกัม หลังจากกลั่นเพื่อแยกปรอทออกแล้ว จะได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์ต่ำและตั้งชื่อตามคำภาษากรีกว่า barys (หนัก) สัญลักษณ์ธาตุถูกกำหนดเป็น Ba ซึ่งเรียกว่าแบเรียม.

3、คุณสมบัติทางกายภาพ
แบเรียมเป็นโลหะสีขาวเงิน มีจุดหลอมเหลว 725°C จุดเดือด 1846°C ความหนาแน่น 3.51g/cm3 และมีความเหนียว แร่หลักของแบเรียมคือแบริต์และอาร์เซโนไพไรต์

4、แบเรียมเป็นธาตุที่มีคุณสมบัติทางเคมี
สัญลักษณ์ทางเคมีคือ Ba มีเลขอะตอม 56 จัดอยู่ในกลุ่ม IIA ซึ่งเป็นกลุ่มธาตุ และเป็นโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ แบเรียมมีกิจกรรมทางเคมีสูงและเป็นโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธที่มีฤทธิ์มากที่สุด จากศักย์ไฟฟ้าและพลังงานไอออไนเซชัน จะเห็นได้ว่าแบเรียมมีความสามารถในการลดรูปสูง ในความเป็นจริง หากพิจารณาเฉพาะการสูญเสียอิเล็กตรอนตัวแรก แบเรียมมีความสามารถในการลดรูปสูงที่สุดในน้ำ อย่างไรก็ตาม แบเรียมค่อนข้างจะสูญเสียอิเล็กตรอนตัวที่สองได้ยาก ดังนั้น เมื่อพิจารณาปัจจัยทั้งหมดแล้ว ความสามารถในการลดรูปของแบเรียมจะลดลงอย่างมาก อย่างไรก็ตาม แบเรียมยังเป็นหนึ่งในโลหะที่มีปฏิกิริยามากที่สุดในสารละลายกรด รองจากลิเธียม ซีเซียม รูบิเดียม และโพแทสเซียม

5.สารประกอบหลัก
1) แบเรียมออกไซด์จะค่อยๆ ออกซิไดซ์ในอากาศจนเกิดเป็นแบเรียมออกไซด์ ซึ่งเป็นผลึกลูกบาศก์ไม่มีสี ละลายได้ในกรด ไม่ละลายในอะซิโตนและแอมโมเนียน้ำ เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำจะกลายเป็นแบเรียมไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นพิษ เมื่อถูกเผาไหม้ จะปล่อยเปลวไฟสีเขียวออกมาและเกิดเป็นแบเรียมเปอร์ออกไซด์
2) แบเรียมเปอร์ออกไซด์ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเพื่อผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ปฏิกิริยานี้ใช้หลักการเตรียมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในห้องปฏิบัติการ
3) แบเรียมไฮดรอกไซด์ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อผลิตแบเรียมไฮดรอกไซด์และก๊าซไฮโดรเจน เนื่องจากแบเรียมไฮดรอกไซด์ละลายน้ำได้น้อยและมีพลังงานระเหิดสูง ปฏิกิริยาจึงไม่รุนแรงเท่ากับโลหะอัลคาไล และแบเรียมไฮดรอกไซด์ที่ได้จะบดบังการมองเห็น คาร์บอนไดออกไซด์จำนวนเล็กน้อยจะถูกใส่ลงในสารละลายเพื่อสร้างตะกอนแบเรียมคาร์บอเนต จากนั้นคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินจะถูกใส่ลงไปอีกเพื่อละลายตะกอนแบเรียมคาร์บอเนตและสร้างแบเรียมไบคาร์บอเนตที่ละลายน้ำได้
4) แบเรียมอะมิโนสามารถละลายในแอมโมเนียเหลวได้ ทำให้เกิดสารละลายสีน้ำเงินที่มีพาราแมกเนติกและสภาพนำไฟฟ้า ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะสร้างอิเล็กตรอนแอมโมเนีย หลังจากเก็บไว้เป็นเวลานาน ไฮโดรเจนในแอมโมเนียจะถูกทำให้ลดลงเป็นก๊าซไฮโดรเจนโดยอิเล็กตรอนแอมโมเนีย และปฏิกิริยาทั้งหมดคือแบเรียมที่ทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียเหลวเพื่อผลิตแบเรียมอะมิโนและก๊าซไฮโดรเจน
5) แบเรียมซัลไฟต์เป็นผลึกหรือผงสีขาว เป็นพิษ ละลายน้ำได้เล็กน้อย และค่อยๆ ออกซิไดซ์เป็นแบเรียมซัลเฟตเมื่อวางในอากาศ ละลายในกรดเข้มข้นที่ไม่เกิดออกซิเดชัน เช่น กรดไฮโดรคลอริก เพื่อสร้างก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่มีกลิ่นฉุน เมื่อพบกรดออกซิไดซ์ เช่น กรดไนตริกเจือจาง สามารถเปลี่ยนให้เป็นแบเรียมซัลเฟตได้
6) แบเรียมซัลเฟตมีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร และแบเรียมซัลเฟตที่ละลายในน้ำจะถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ ทำให้เป็นอิเล็กโทรไลต์ที่มีฤทธิ์แรง แบเรียมซัลเฟตไม่ละลายในกรดไนตริกเจือจาง ส่วนใหญ่ใช้เป็นสารทึบแสงในระบบทางเดินอาหาร
แบเรียมคาร์บอเนตมีพิษและแทบไม่ละลายในน้ำเย็น ละลายได้เล็กน้อยในน้ำที่มีคาร์บอนไดออกไซด์และละลายได้ในกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง แบเรียมคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับโซเดียมซัลเฟตเพื่อสร้างตะกอนสีขาวที่ไม่ละลายน้ำมากขึ้นของแบเรียมซัลเฟต ซึ่งเป็นแนวโน้มการแปลงระหว่างตะกอนในสารละลายน้ำ: ง่ายต่อการแปลงไปในทิศทางที่ไม่ละลายน้ำมากขึ้น

6、สาขาการใช้งาน
1. ใช้สำหรับอุตสาหกรรมในการผลิตเกลือแบเรียม โลหะผสม พลุ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เป็นต้น นอกจากนี้ยังเป็นสารดีออกซิไดเซอร์ที่ยอดเยี่ยมสำหรับการกลั่นทองแดง ใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะผสม รวมทั้งตะกั่ว แคลเซียม แมกนีเซียม โซเดียม ลิเธียม อลูมิเนียม และโลหะผสมนิกเกิล โลหะแบเรียมสามารถใช้เป็นสารไล่ก๊าซเพื่อกำจัดก๊าซร่องรอยจากหลอดสุญญากาศและหลอดรังสีแคโทด รวมถึงสารไล่ก๊าซสำหรับการกลั่นโลหะ แบเรียมไนเตรตผสมกับโพแทสเซียมคลอเรต ผงแมกนีเซียม และโรซินสามารถใช้ในการผลิตพลุสัญญาณและดอกไม้ไฟ สารประกอบแบเรียมที่ละลายน้ำได้มักใช้เป็นยาฆ่าแมลง เช่น แบเรียมคลอไรด์ เพื่อควบคุมศัตรูพืชต่างๆ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการกลั่นน้ำเกลือและน้ำในหม้อไอน้ำสำหรับการผลิตโซดาไฟแบบอิเล็กโทรไลต์ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการเตรียมเม็ดสี อุตสาหกรรมสิ่งทอและเครื่องหนังใช้เป็นสารกัดสีและสารเคลือบสำหรับไหมเทียม
2. แบเรียมซัลเฟตสำหรับใช้ทางการแพทย์เป็นยาเสริมสำหรับการตรวจเอกซเรย์ เป็นผงสีขาวไม่มีกลิ่นและไม่มีรส เป็นสารที่ให้ความคมชัดในเชิงบวกในร่างกายระหว่างการตรวจเอกซเรย์ แบเรียมซัลเฟตทางการแพทย์จะไม่ถูกดูดซึมในทางเดินอาหารและไม่ก่อให้เกิดอาการแพ้ ไม่ประกอบด้วยสารประกอบแบเรียมที่ละลายน้ำได้ เช่น แบเรียมคลอไรด์ แบเรียมซัลไฟด์ และแบเรียมคาร์บอเนต ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการถ่ายภาพทางเดินอาหาร และบางครั้งใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นในการตรวจ

7、วิธีการเตรียม
การผลิตภาคอุตสาหกรรมของแบเรียมโลหะแบ่งเป็น 2 ขั้นตอน คือ การผลิตแบเรียมออกไซด์และการลดความร้อนของโลหะ (การลดความร้อนของอะลูมิเนียม) ที่อุณหภูมิ 1,000-1,200 ℃แบเรียมโลหะสามารถทำได้โดยการลดแบเรียมออกไซด์ด้วยอลูมิเนียมโลหะ จากนั้นจึงทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่นสูญญากาศ วิธีการลดความร้อนอลูมิเนียมสำหรับการผลิตแบเรียมโลหะ: เนื่องจากอัตราส่วนของส่วนผสมต่างกัน จึงอาจมีปฏิกิริยาสองอย่างสำหรับการลดแบเรียมออกไซด์อลูมิเนียม สมการปฏิกิริยาคือ ปฏิกิริยาทั้งสองสามารถผลิตแบเรียมได้ในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้นที่อุณหภูมิ 1,000-1,200 ℃ ดังนั้นจำเป็นต้องใช้ปั๊มสูญญากาศเพื่อถ่ายโอนไอแบเรียมจากโซนปฏิกิริยาไปยังโซนควบแน่นเย็นอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ปฏิกิริยาเคลื่อนตัวไปทางขวาต่อไป สารตกค้างหลังปฏิกิริยาเป็นพิษและต้องได้รับการบำบัดก่อนกำจัด